Song Ji-hyo lahir dengan nama Cheon Seong-im di Pohang, Gyeongsang Utara pada 15 Ogos 1981. Beliau mempunyai seorang adik lelaki bernama Cheon Seong-moon dan seorang adik perempuan. Beliau menghadiri Sekolah Rendah Daerim, Sekolah Menengah Hwagye dan Sekolah Tinggi Konvensyen Ilsan. Song bercita-cita untuk menjadi seorang pelakon selepas menonton Park Shin-yang di dalam filem tahun 2008, Promise.[1] Beliau menamatkan pengajian dengan ijazah dalam bidang percukaian dan perakaunan dari Universiti Kyungmoon (sekarang dikenali sebagai Kolej Kookje) yang terletak di Pyeongtaek, Gyeonggi. Sebelum menceburi bidang lakonan, ia telah didedahkan bahawa Song telah dipilih untuk berlakon ketika bekerja separuh masa di sebuah kafe.[2]